CN1665107A - 无刷直流电动机 - Google Patents

Abstract

一种无刷直流电动机，包括具有铁心和线圈的定子，每个线圈都形成至少一个磁极；具有磁体的转子，用来形成多个磁极，其数量多于定子的磁极数，转子可利用磁极间形成的旋转磁场进行旋转；至少一个霍尔传感器，用于检测在转子转动过程中产生的脉冲信号；以及控制器，用于响应脉冲信号，控制施加到线圈上的电能，从而能够使大容量滚筒转动。

Description

无刷直流电动机

相关申请的交叉引用

本申请要求2004年3月4日提交的韩国申请P2004-0014712的优先权，其全部内容结合于此供参考。

技术领域

本发明涉及BLDC电动机(无刷直流电动机)，尤其涉及一种具有无刷直流电动机的洗衣机，它能够精确控制电能输入。

背景技术

通常，洗衣机通过洗涤剂的软化作用，以及利用搅拌器或滚筒的旋转产生的水流与衣物之间的摩擦来洗涤衣物。近来，对滚筒式洗衣机的需求日益增加，这种洗衣机与搅拌式洗衣机相比总体高度有所降低，并能防止形成皱褶。

滚筒式洗衣机通过由电动机驱动旋转的滚筒内的衣物与加有洗涤剂的洗涤用水之间的摩擦来洗涤衣物，洗涤水和衣物被放入到滚筒中。滚筒式洗衣机对衣物几乎没有损害，不会引起衣物的绞缠，并且可以提供捶打和揉搓的洗涤效果。

滚筒式洗衣机有间接驱动式和直接驱动式，其中间接驱动式将旋转力从电动机传送到旋转轴上，该旋转轴通过皮带和皮带轮连接到滚筒上。而在直接驱动式中，连接在滚筒上的洗涤轴被直接连接到电动机的转子上。

在直接驱动式的情况下，电动机被安装在滚筒的后部，并且电动机和滚筒直接通过旋转轴被连接在一起。因此，如果该电动机的轴向厚度变大，相对而言，在那里放置滚筒的空间就被减少。

此外，为了使滚筒更大以具有大的容量，电动机需要有更大的旋转力，这反过来会使电动机的体积显著变大。

发明内容

因此，本发明旨在提供一种大容量滚筒式洗衣机，其基本消除现有技术的局限性和缺点引起的一个或多个问题。

本发明的一个目的在于提供一种大容量滚筒式洗衣机，其具有用来旋转大容量滚筒的改进的无刷直流电动机。

本发明的其它优点、目的、和特征在随后的说明中给出，部分地可从该说明中明显看出，或可从本发明的实施中看出。本发明的目的和其它优点可从以下书面说明、权利要求以及附图特别给出的结构来理解、获得。

为了获得这些目的和其它优点，依照本发明的目的，如这里所体现的和广泛描述的，无刷直流电动机包括：具有铁心和线圈的定子，每个线圈都形成至少一个磁极；具有磁铁的转子，磁体用来形成多个磁极，其数量多于定子上的磁极数，转子设置成可通过磁极之间形成的旋转磁场转动；至少一个霍尔传感器，用来检测转子转动过程中产生的脉冲信号；以及控制器，用来响应脉冲信号以控制施加到线圈上的电能。

霍尔传感器安装在定子的线圈之间。定子包括36个或更多的磁极。

优选地，定子包括36个磁极，转子包括48个磁极。铁心具有16mm以及更小的轴向宽度。转子设置在定子周围。

在本发明的另一个方面，无刷直流电动机包括具有铁心和线圈的定子，每一个线圈都形成至少一个磁极；具有磁体的转子，磁体用来形成多个磁极，其数量多于定子上的磁极数，该转子可转动地设置在定子的周围；至少一个在定子线圈之间的霍尔传感器，用来检测转子转动过程中产生的脉冲信号；以及控制器，其用来响应霍尔传感器检测到的脉冲信号以控制施加到线圈的电能。

定子有36个磁极，而转子有48个磁极。铁心具有16mm以及更小的轴向宽度。

在本发明的又一个方面，大容量滚筒式洗衣机包括形成洗衣机的外部的箱体；可转动地安装在箱体的内部用来容纳衣物的滚筒；无刷直流电动机，其包括具有铁心和线圈的定子，每一个线圈都形成至少一个磁极，具有磁体以形成比定子上数量更多的磁极的转子，该转子设置成可以利用磁极之间形成的旋转磁场旋转；霍尔传感器，用来检测转子转动过程中产生的脉冲信号，和控制器，用来响应脉冲信号以控制施加到线圈的电能；以及转动轴，连接在滚筒和无刷直流电动机之间。

霍尔传感器设置在定子的线圈之间。定子包括36个或更多的磁极。

优选地，定子有36个磁极，转子有48个磁极。铁心具有16mm或更小的轴向宽度。

无刷直流电动机与转动轴之间用皮带和皮带轮相连接。

在本发明的又一个方面，大容量滚筒式洗衣机包括：形成洗衣机的外部的箱体；可转动地安装在箱体的内部用来容纳衣物的滚筒；无刷直流电动机，其包括具有铁心和线圈的定子，每个线圈都形成至少一个磁极，具有磁体以形成比定子上数量更多的磁极的转子，该转子可转动地设置在定子的周围；霍尔传感器，用来检测转子转动过程中产生的脉冲信号，和控制器，其用来响应脉冲信号以控制施加到线圈的电能；以及转动轴，其直接连接在滚筒和无刷直流电动机之间。

霍尔传感器设置在定子的线圈之间。定子包括36个或更多的磁极。

优选地，定子有36个磁极，转子有48个磁极。铁心具有16mm以及更小的轴向宽度。

可以理解，本发明上述的总体说明和下面的详细说明都是示例性的和解释性的，并且用于对要求的本发明提供进一步的解释。

附图说明

组成本说明书的一部分的附图有助于进一步理解本发明，这些附图图解了本发明的一些实施例，并可与说明书一起用来说明本发明的原理，其中：

图1所示为直接驱动式洗衣机的剖视图；

图2所示为根据本发明的一个优选实施例的定子的立体图；

图3所示为一个曲线图，示出在本发明的转子转动过程中，霍尔传感器检测到的信号与响应该信号而施加到定子上的电流的相位角之间的关系；以及

图4所示为一个表格，给出了本发明中定子和转子的磁极数。

具体实施方式

现在将详细参照本发明的优选实施例，其实例示于附图中。在描述这些实施例时，同样的部件将给出相同的名称和标号，相同的描述将省略。

图1示出直接驱动式洗衣机的剖视图。

参见图1，箱体5构成了滚筒式洗衣机的外部，该箱体中具有桶3，滚筒9可转动地安装在桶3的内部。在箱体5的前面具有门1，用于放入衣物，在门1和桶3之间有一个垫圈2。

桶3自身外周缘的上部通过弹簧4悬挂在箱体5上，其下部由一个摩擦减震器10支撑用来衰减振动。

在桶3的后部，安装有BLDC(无刷直流)电动机6。

虽然无刷直流电动机6和转动轴12可以通过皮带和皮带轮间接地连接，但是在需要大转矩的大容量洗衣机中，最好是将电动机6和滚筒9直接通过转动轴12相连接。转动轴12的前侧和后侧具有轴承11，桶3的后表面上具有轴承座13用来支撑轴承11。

电动机6包括定子7和转子8，其中定子7被固定地安装在桶3的后表面，而转子8被连接到转动轴12上。当电能施加到定子7上后，在转子8和定子7之间形成旋转磁场。当转子8旋转时，直接连接到转子8上的滚筒9同时进行转动。

为了在定子7和转子8之间形成所需程度的旋转磁场以转动滚筒9，要求定子7和转子8的正面面积较大。这样，定子7在转动轴12的轴向方向上要有一个大的宽度。

图2示出可应用于本发明的定子的立体图。

参见图1和图2，本发明的无刷直流电动机包括定子7、转子8、霍尔传感器15、和控制器(未示出)。定子7包括铁心710以及用来形成多个磁极的线圈。更加详细地，在环形铁心710的外圆周表面，沿着半径方向有多个突起710a，这些突起沿着圆周方向等间隔排列，线圈720缠绕在突起710a上。当电能施加到线圈720上时，突起710a和线圈720起到电磁铁的作用。

转子8可以通过磁极间形成的旋转磁场转动，转子所包括的磁体形成的磁极比定子7要多。定子7上设有至少一个霍尔传感器15，用来检测转子8转动时产生的来自转子8的脉冲信号。

同时，控制器响应霍尔传感器15检测到的脉冲信号，控制施加到线圈720上的电能。更为具体地，控制器控制施加到线圈上的电流的相位角。

另一方面，定子7包括铁心710和线圈720。如前所述，定子7在圆周外部表面沿圆周方向等间隔排列有突起710a，每个突起都有线圈720缠绕在其上。当电能施加到线圈720上时，突起710a和线圈720起到电磁铁的作用。

同时，优选地，转子8可转动地设置在定子7的周围。转子8在圆周内表面上具有多个永久磁铁，从而在定子7上的电磁体与转子8的永久磁铁之间形成转动磁场。因此，转子8在转动磁场下旋转，转子8的旋转力通过转动轴传递到滚筒9上。旋转力的大小与转动磁场的强度成比例。

同时，为了产生足够大的旋转力来转动滚筒9，优选地，定子7上的电磁铁有36个或更多的磁极。

对于一个大容量滚筒式洗衣机，装载超过10公斤衣物，需要在初始启动时精确控制施加到定子7上的电流的相位角。如果定子7的磁极数目少于转子8的磁极数，就无法精确控制施加到定子7上的电能。

因为该大容量滚筒式洗衣机的滚筒9的直径大于现有的滚动式洗衣机以装载更多的衣物，所以在初始启动时需要更大的转矩。如果滚筒9被分成四个相等的部分，那么在0～90°之间的初始启动部分就包含着滚筒9的最大负载。由于需要的转矩在该部分逐渐增加，在90°的地方需要的转矩最大。

为了提供滚筒9在初始启动时所需的转矩，就需要精确控制施加到定子7的电流。也就是，需要在精确的时间将电流施加到定子7上以产生足够的转矩。

在线圈720之间具有至少一个霍尔传感器15。霍尔传感器15利用霍尔效应测量与电流正交的磁场的强度。在这种情况下，霍尔传感器15通过测量电动势以及适当放大和处理该电动势来测量精确的磁场强度，此电动势是由与电流流动方向正交的磁场所产生的。

为了精确控制施加到每个线圈720上的电流，需要在霍尔传感器15上检测足够多的信号。

然而，因为大多现有技术的电动机在转子上有24个磁极，进行精确控制很困难。也就是，在滚筒的360°旋转过程中，霍尔传感器可以检测24个信号。

在滚筒初始启动时的90°旋转部分，霍尔传感器仅能检测6个信号，也就是，3个N极信号和3个S极信号。

因此，在初始启动时仅仅3个信号被检测到，控制器参考该信号来控制施加到定子7的电流。然而，因为信号的数量不足，导致不能精确检测滚筒9的旋转速度和位置，因此精确控制施加到定子7上的电流的相位角很困难。

图3所示为一个曲线图，示出本发明中霍尔传感器15检测到的信号与施加到定子7上的电流的相位角之间的关系。

参见图3，为了在转子8上产生规则的转矩，需要信号与电流的相位角相一致。也就是说，电流的相位角需要通过控制器响应检测到的信号进行控制。然而，在转子只有24个磁极的情况下，由于在霍尔传感器15上检测到的信号数量不够，对电流的相位角进行精确控制是不可能的，所以难以产生有效的转矩。因此，在大容量滚筒式洗衣机中没有其它方法只有通过增加电动机的尺寸来增加转矩。

为解决上面的问题，本发明提出提供无刷直流电动机来减小电动机的尺寸，以及精确控制施加到定子7上的电流相位角。为此，转子8的磁极数量多于定子7的磁极数。

优选定子7的磁极数量为36个或更多。此外，优选转子8的磁极数量为48个，比定子7的磁极数量要多。

图4示出一个表格，给出了本发明中定子和转子的磁极数。

参见图4，如果转子8有48个磁极，在滚筒9从0～90°旋转的初始启动过程中，霍尔传感器15可以检测到12个脉冲信号。也就是说，当转子8的磁极数量增加到两倍时，在霍尔传感器15上检测到的信号数量也增加到两倍。

结果，对转子8的速度和位置的精确检测使得施加到定子7的每个线圈720上的电流有精确的相位角，与滚筒9的转动速度相一致。对施加到定子7的电流相位角的精确控制导致形成尽可能大的转动磁场强度，以产生足够大的转矩来转动滚筒9。

在转子8有48个或更多磁极的情况下，即使定子7的铁心710的轴向宽度减小，也可获得理想的转矩。也就是说，铁心710的轴向宽度可从32mm减小到16mm。

也就是，本发明与现有技术相比增加了转子8的磁极数量，使得能够在霍尔传感器15上检测到足够数量的信号，使得控制器能精确控制施加到定子7上的电能的相位角。电能在精确的时间施加到定子7上使得大容量洗衣机可以产生足够大的转矩。

如已经描述的，本发明的无刷直流电动机包括的转子具有改进数量的磁极，其使得能够精确控制施加到定子的电能。因此，电动机可以提供驱动大容量滚筒式洗衣机所需的转矩。

此外，与现有技术相比，电动机的轴向尺寸减小使得电动机的生产成本减小。电动机尺寸的减小允许增加滚筒容量或减小滚筒式洗衣机的整体尺寸。

本发明的无刷直流电动机不仅适用于滚筒式洗衣机，而且适用于搅拌式洗衣机。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (20)

1.一种无刷直流电动机，包括：

具有铁心和线圈的定子，每个所述线圈都形成至少一个磁极；

具有磁体的转子，用于形成多个磁极，所述磁极的数量多于所述定子上的磁极数，所述转子可利用所述磁极间形成的旋转磁场旋转；

至少一个霍尔传感器，用于检测在所述转子转动过程中产生的脉冲信号；以及

控制器，用于响应所述脉冲信号，控制施加到所述线圈上的电能。

2.根据权利要求1所述的无刷直流电动机，其中所述霍尔传感器设置在所述定子的线圈之间。

3.根据权利要求1所述的无刷直流电动机，其中所述定子包括36个或更多的磁极。

4.根据权利要求1所述的无刷直流电动机，其中所述定子包括36个磁极，且所述转子包括48个磁极。

5.根据权利要求1所述的无刷直流电动机，其中所述铁心具有16mm以及更小的轴向宽度。

6.根据权利要求1所述的无刷直流电动机，其中所述转子设置在所述定子周围。

7.一种无刷直流电动机，包括：

具有铁心和线圈的定子，每个所述线圈都形成至少一个磁极；

具有磁体的转子，用于形成多个磁极，所述磁极的数量多于所述定子上的磁极数，所述转子可转动地设置在所述定子周围；

至少一个在所述定子线圈之间的霍尔传感器，用于检测在所述转子转动过程中产生的脉冲信号；以及

控制器，用于响应所述霍尔传感器上检测到的脉冲信号，控制施加到所述线圈上的电能。

8.根据权利要求7所述的无刷直流电动机，其中所述定子包括36个磁极，且所述转子包括48个磁极。

9.根据权利要求7所述的无刷直流电动机，其中所述铁心具有16mm以及更小的轴向宽度。

10.一种大容量滚筒式洗衣机，包括：

形成所述洗衣机的外部的箱体；

可转动地安装在所述箱体的内部用来容纳衣物的滚筒；

无刷直流电动机，其包括：

具有铁心和线圈的定子，每个所述线圈都形成至少一个磁极，

具有磁体的转子，用于形成多个磁极，所述磁极的数量多于所述定子上的磁极数，所述转子可利用所述磁极间形成的旋转磁场旋转，

霍尔传感器，用于检测所述转子转动过程中产生的脉冲信号，以及

控制器，用于响应所述脉冲信号，控制施加到所述线圈的电能，以及；

转动轴，连接在所述滚筒与所述无刷直流电动机之间。

11.根据权利要求10所述的洗衣机，其中所述霍尔传感器设置在所述定子的线圈之间。

12.根据权利要求10所述的洗衣机，其中所述定子包括36个或更多的磁极。

13.根据权利要求10所述的洗衣机，其中所述定子包括36个磁极，所述转子包括48个磁极。

14.根据权利要求10所述的洗衣机，其中所述铁心具有16mm以及更小的轴向宽度。

15.根据权利要求10所述的洗衣机，其中所述无刷直流电动机与所述转动轴通过皮带和皮带轮相连接。

16.一种大容量滚筒式洗衣机，包括：

形成所述洗衣机的外部的箱体；

可转动地安装在所述箱体的内部用来容纳衣物的滚筒；

无刷直流电动机，其包括：

具有铁心和线圈的定子，每个所述线圈都形成至少一个磁极，

具有磁体的转子，用于形成多个磁极，所述磁极的数量多于所述定子上的磁极数，所述转子可转动地设置在所述定子周围，

霍尔传感器，用于检测所述转子转动过程中产生的脉冲信号，以及

控制器，用于响应所述脉冲信号，控制施加到所述线圈的电能，以及；

转动轴，直接连接在所述滚筒与所述无刷直流电动机之间。

17.根据权利要求16所述的洗衣机，其中所述霍尔传感器设置在所述定子的线圈之间。

18.根据权利要求16所述的洗衣机，其中所述定子包括36个或更多的磁极。

19.根据权利要求16所述的洗衣机，其中所述定子包括36个磁极，所述转子包括48个磁极。

20.根据权利要求16所述的洗衣机，其中所述铁心具有16mm以及更小的轴向宽度。

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